Die Zellentechnologie von Photovoltaikmodulen entwickelt sich stetig weiter. Seit einiger Zeit werden sogenannte Halbzellenmodule immer beliebter. Doch wo liegen die Unterschiede zu regulären Vollzellenmodulen und was sind die Vor- und Nachteile dieser Technologie? Wir erklären es Ihnen!
Was sind Halbzellenmodule?
Halbzellenmodule, häufig auch „Half-Cut-Module“ oder „HC-Module“ genannt, sind Photovoltaikmodule, die anstelle herkömmlicher Vollzellen aus Halbzellen bestehen. Halbzellen werden aus normalen Solarzellen hergestellt, die nach der Produktion per Laser in zwei Hälften geschnitten werden. Halbzellen können sowohl mono- als auch polykristallin sein, der Trend geht jedoch in Richtung der monokristallinen Zellen.
Ein herkömmliches Vollzellenmodul besteht in der Regel aus 60 Vollzellen, ein Halbzellenmodul enthält dementsprechend 120 Halbzellen. Der Wirkungsgrad von Halbzellenmodulen ist zwischen 2 und 4 Prozent höher als bei herkömmlichen Vollzellenmodulen. Das ermöglicht einen Mehrertrag von ca. 10 Prozent im Jahr.
Können Halbzellen aus kaputten Vollzellen hergestellt werden?
Auch, wenn es in der Theorie sinnvoll klingt, zerbrochene Vollzellen einfach in voll funktionstüchtige Halbzellen zu verwandeln, wäre dieses Vorgehen in der Praxis nicht effizient.
Denn der Herstellungsprozess von Halbzellen, bei dem Vollzellen genau in der Mitte halbiert werden, ist vollkommen automatisiert. Unterschiedlich zerbrochene Zellen in diesen Prozess einzuschleusen wäre sehr schwierig. Außerdem besteht die Gefahr, dass die gebrochene Zelle weitere Defekte aufweist.
Halbzellenmodule und Vollzellenmodule in der String-Verschaltung
Bei einem klassischen Vollenzellenmodul sind jeweils 20 Solarzellen zu einem sogenannten String verschaltet. Ein Modul besitzt jeweils drei dieser, in Reihe geschalteten, Strings und kommt somit auf insgesamt 60 Vollzellen.
Ein Halbzellenmodul derselben Leistung besteht aus sechs Strings mit jeweils 20 Halbzellen, also insgesamt 120 Halbzellen. Ein weiterer Unterschied liegt in der Verschaltung. Denn ein Halbzellenmodulen besteht aus zwei Segmenten. Jedes dieser Segmente besteht aus jeweils drei in Reihe geschalteten Strings, welche in der Mitte des PV-Moduls parallel geschaltet werden. Die zwei untereinander liegenden, parallel geschalteten Strings sind in der Mitte jeweils mit einer Bypass Diode zur Vermeidung von Minderleistung bei Schatten oder Verschmutzung geschützt, sodass insgesamt drei Bypass Dioden benötigt werden.
Durch diese Anordnung und die zusätzliche Sammelschiene in der Mitte, sind Halbzellenmodule bei doppelter Anzahl von Solarzellen mit gleichem Abstand etwas länger als Vollzellenmodule.
Welche Vorteile besitzen Halbzellenmodule?
Halbzellenmodule bieten gegenüber herkömmlichen Solarmodulen viele Vorteile. Welche das genau sind, haben wir Ihnen nachfolgend zusammengefasst.
Höherer Wirkungsgrad
Durch das Halbieren der Zellen und die besondere Schaltung der Halbzellenmodule, haben diese einen 2 bis 4 Prozent höheren Wirkungsgrad als vergleichbare Vollzellenmodule. Das liegt allerdings nicht daran, das Halbzellen generell mehr Leistung erbringen als Vollzellen. Allerdings kann die erzeugte Leistung der Halbzellen besser genutzt werden.
Dadurch sind sie vor allem für Häuser mit kleiner Dachfläche die ideale Lösung, da für die gleiche Leistung weniger Module benötigt werden.
Weniger Leistungsverlust
Da mit der Solarzelle auch deren Leistung halbiert wird, beträgt die Stromstärke einer Halbzelle nur noch 50 Prozent. Durch die schwächere Stromstärke (I) wird der ohmsche Widerstand (R) in der Solarzelle gesenkt und dadurch die Verlustleistung (PV) stark gesenkt, wie aus folgender Formel hervorgeht:
Pv = R × I²
Längere Lebensdauer
Durch die geringere Stromstärke im Inneren des Moduls, erhitzen sich Halbzellenmodule im Schnitt etwa 10 Grad weniger als Vollzellenmodule. Da sich die Leistung der Photovoltaikanlage bei steigender Temperatur verringert, können Halbzellenmodule auch an heißen Tagen mehr Leistung erbringen. Außerdem sinkt die Gefahr auftretender Hotspots deutlich, wodurch Defekte vermieden und die Lebensdauer verlängert werden können.
Besseres Schwachlichtverhalten
Mehrere Tests haben ergeben, dass Halbzellenmodule ein deutlich besseres Schwachlichtverhalten aufweisen als Vollzellenmodule. Da zwischen jeder Halbzelle ein kleiner Abstand besteht, gibt es in Halbzellenmodulen insgesamt mehr Abstände als in herkömmlichen Modulen. Dadurch entsteht ein größerer Rückstrahleffekt der einzelnen Solarzellen, wodurch die Leistung steigt.
Besonders bei bifiazialen Modulen macht sich dieser Effekt positiv bemerkbar.
Mehr Leistung bei Teilverschattung
Halbzellenmodule erbringen eine ca. 216-prozentige Verbesserung der Widerstandsfähigkeit bei Teilverschattung. Das liegt daran, dass im Falle der kompletten Verschattung einer Modulhälfte, die andere Hälfte weiterhin volle Leistung erbringen kann. Grund hierfür sind die Bypass Dioden, die das Modul in der Mitte trennen. Wird beispielsweise die untere Modulhälfte komplett verschattet, kann die obere unabhängig davon weiter arbeiten und umgekehrt.
Günstigerer Preis
Es klingt fast zu schön, um wahr zu sein: Mehr Leistung für weniger Geld. Allerdings sind Halbzellenmodule mittlerweile tatsächlich günstiger als gleichwertige Vollzellenmodule. Das liegt vor allem daran, dass Halbzellenmodule in den letzten Jahren immer beliebter geworden sind und die meisten Hersteller kaum noch Vollzellenmodule anbieten. Dadurch können Halbzellenmodule vollautomatisiert und in großer Stückzahl hergestellt werden, wodurch der Preis sinkt.
Die Marktpreise von Halbzellenmodulen liegen zwischen 24 und 44 Cent pro Watt Peak Nennleistung. Ein typisches 380 Wp-Modul käme somit auf etwa 130 Euro.
Haben Halbzellenmodule auch Nachteile?
Wo Licht ist, entsteht auch immer Schatten und so haben auch Halbzellenmodule einige Nachteile, die wir im Folgenden näher betrachten.
Komplexere Herstellung
Die Herstellung von Halbzellen erfordert gegenüber der von Vollzellen eine höhere Anzahl an Produktionsschritten. Das bedeutet nicht nur, dass mehr Zeit benötigt wird, sondern auch höhere Kosten sowie ein höherer Energiebedarf. Die schlechtere CO2-Bilanz wird jedoch durch den höheren Wirkungsgrad der Halbzellenmodule weitestgehend ausgeglichen.
Aufwendigere Montage
Durch die Schaltung von insgesamt sechs Strings, von denen jeweils die oberen und unteren drei parallel geschaltet sind, ergibt sich eine Sammelleiste in der Mitte, in welcher nicht nur die Plus- und Minuspole, sondern auch die Anschlussdose liegen. Dadurch ergibt sich ein längerer Weg der Kabel von der Modulmitte bis zum Anschluss. Die Kabel haben daher ein höheres Risiko durchzuhängen. Das sollte aber unbedingt vermieden werden, wodurch die Installation etwas komplizierter und zeitaufwändiger wird.
Höhere Fehleranfälligkeit
Halbzellenmodule besitzen die doppelte Anzahl an Zellen, die verlötet und verkabelt werden müssen. Dies erhöht die Anfälligkeit für Produktionsfehler. In Verbindung mit der komplexeren Montage ist auch die generelle Fehleranfälligkeit deutlich erhöht. Außerdem steigt durch die höhere Anzahl von Solarzellen auch das Risiko für den Ausfall einzelner Zellen.
Wie hoch ist der aktuelle Marktanteil von Halbzellenmodulen?
Wie bereits erwähnt, haben Halbzellenmodule in den vergangenen Jahren einen richtigen Boom erlebt. Mittlerweile bieten die meisten Hersteller ausschließlich Halbzellenmodule an. Dadurch hat sich der Marktanteil von 2 Prozent im Jahre 2017 auf mittlerweile 90 Prozent erhöht. Und der Trend ist weiterhin steigend. Ob die Vollzellenmodule komplett vom Markt verdrängt werden lässt sich noch nicht absehen. Aber Ihre Relevanz wird vermutlich auch in den kommenden Jahren weiter sinken.
Hersteller von Halbzellenmodulen
Nachfolgend haben wir Ihnen eine Auflistung der wichtigsten Hersteller von Halbzellenmodulen zusammengestellt:
- Astroenergy
- Q CELLS
- Ja Solar
- Canadian Solar
- Jinko Solar
- LG Solar
- Luxor Solar
- Viessmann
- REC Solar
- Solarwatt
- Suntech
- Trina Solar